仪表控制技术在环境工程中的
应用及发展
摘要：在污水处理中，自动化技术起着越来越重要的作用。在西方发达
国家已出现无人值班的全自动化污水处理厂，节约了大量的人力。随着自动控制技术与污水处理系统技术的不断进步，污水处理系统的自动化水平必将不断提高，它将推动水工业技术现代化的进程，并带来更多的社会效益与经济利益。仪表控制技术在污水处理中的应用使污水处理过程准确高效的运行，通过对相关参数的在线监测从而执行相应的操作，提高的污水处理的自动化程度。本文通过对污水处理过程中常用的测量仪表的介绍简要阐明仪表控制技术在环境工程中的应用。并补充ICA技术的应用现状及发展的相关知识。
关键词：测量仪表，仪表、控制和自动化技术
Abstract: in wastewater treatment, automation technology plays an increasingly important role. In the Western developed countries have appeared unattended automatic sewage treatment plant, saving a lot of effort. With the technology of automatic control technology and sewage treatment systems continued progress, sewage treatment system will constantly improve levels of automation, it will promote the modernization of water industry technology, and to bring more social and economic interests. Instrument control technology and its application in wastewater treatment the wastewater treatment process efficient, accurate operation, through online monitoring of the relevant parameters to perform the appropriate action to improve wastewater treatment automation. This article's introduction to the measuring instruments used in wastewater treatment process briefly articulate instrument control technology and its application in environmental engineering.
Keywords:
measurement
instrumentation,
automation
of
instrumentation, control and automation technology for sewage treatment,
sewage treatment plant sewage sludge processing, media, or short for pharmaceutical production processes such as automated.
随着科学技术的飞速发展，检测仪表与控制设备在污水处理厂的运行管理中发挥越来越大的作用。为了有效利用仪表设备，除应当结合处理厂的规模、处理方法之外，还应当根据选址条件、污水流入条件和操作人员的技术水平等因素来设计和安装仪表设备。近几十年来，污水处理厂的自动控制技术发展很快，开始是在某些个别设施中检测、监视与简单控制；后来采用将监视控制用的仪表集中在控制室进行监视控制方式；进而采用集中见识、分散控制方式的自动化控制；最近，又朝向自适应控制、最优控制或过程控制的方向发展。
测量仪表在现今高度自动化的污水处理过程中起着重要的作用。可以说仪表是自控系统的“眼睛”，涉及污水处理的各个环节，与生产过程有着紧密的联系。仪表应用的合理与否，同自动化控制结合的好坏视屏建一个污水处理厂技术先进程度的标志。只有保证仪表的稳定、可靠和精确，才能使污水处理过程正常运行。
仪表设备具有多方面的良好功能，可以说，检测设备相当于人的“眼睛”，控制设备相当于人的脑和手，它们都对设施的运行管理具有至关重要的作用。因此，安装仪表设备的目的是通过检测与控制的准确性，来提高处理系统的稳定性、可靠性和处理效率，节省人力与改善操作环境，进而达到在保证处理水质量的前提下，尽可能节省运行费用。
在安装仪表时，除了充分掌握处理工艺过程及其规模、操作内容、各处理设施的特点及相互关系之外，还要对它们之间的协调工作进行必要的探讨，以期达到各检测设备与控制设备之间的协调工作，实现整体的处理系统的稳定与可靠运行。因此，在仪表设备的设计与安装时应注意以下几个方面的问题。 1. 技术经济分析
在污水处理厂中可以安装各种各样的仪表设备，大量地安装仪表固然可以提高操作的真确性，减少故障的发生，提高处理效率，但是，过多的仪表设备不仅增加了建设费用，而且也是维护管理费用提高。因此，应当根据处理设施的各种具体情况，可以实现的自动控制水平，与安装仪表设备的目的，通过技术经济分析之后，再进行设计与安装仪表设备的工作。 2. 仪表设备的可靠性与稳定性
在选择仪表设备时，必须考虑到处理设施的多种特殊条件，如被动性的入流条件、各种干扰因素、污水及污泥的性状与腐蚀性等。所以，在设计时应注意选择适合这些条件的仪表设备及安装方式，尽可能提高仪表设备运行的可靠性。由于污水处理厂的进水水质水量通常随时间剧烈变化，采用高精度的仪表往往影响其稳定性，但是对某些测定项目又必须考虑其较高的精度。因此，应根据仪表设备的运行目的、现场条件、要求的精度与响应时间以及控制回路选择的方法，来选择稳定性好的仪表设备。 3. 仪表的功能与工作性能
再设计仪表设备时，充分利用其具有的功能，使之能替代人的功能与扩大人的功能，能在有危险的恶劣环境条件下，进行连续、大量、迅速适当与准确的工作。根据技术水平、安装管理与维护管理体制等因素，全面考虑仪表设备的功能与工作性质的协调性。应充分注意到，过分的仪表化不仅会给操作人员带来不必要的心理上和技术上的负担，而且还会降低费用效益。 4. 充分考虑处理系统自动控制的发展
同其他工业过程一样，污水处理系统的自动控制也必然不断超先进方式与更高层方的方向发展。在我国，对于尚不具备自动控制或较高层次自动控制的条件或者资金暂时短缺等情况下，也应当为以后安装仪表设备留有充分的余地。即使在进行处理设施的工艺设计时，也应充分考虑上述问题。
应当认识到，仪表设备的设计、选择与安装，也是一项系统工程，它与处理系统的工艺流程与规模、污水水质水量特点、管理体制与操作人员的技术素质、排放标准与费用效益等多方面因素有关。在设计之前应当进行技术经济方面的可行性研究，认真听取专家的意见。 一、测量仪表的基本知识 1.测量仪表的种类
在污水处理过程中，需要测量的参数是多种多样的，例如污水处理厂的进、出水温度，消化池内温度、压力、液位，进入曝气池内空气流量，污水中的pH值、溶解氧、污泥浓度、电导率、浊度等。对于温度、压力、液位、流量这些物理量，我们一般称其为热工量。诸如pH、溶解氧、浊度、污泥浓度、电导率等参数，我们称之为成分量。用于测量热工量的仪表一般称之为热工测量仪表；用
于测量称分量的仪表一般称之为成分分析仪表，在污水处理过程中常常称之为水质分析仪表。
测量仪表种类很多，结构各异，因而分类方法也很多。例如，若按仪表使用的能源和信号分类，可分为气动仪表、电动仪表和液动仪表；若按安装方式分类，可分为架装仪表和盘装仪表；若按所测量的参数分类，可分为压力测量仪表、液位测量仪表、温度测量仪表、流量测量仪表、成分分析仪表。以下按测量参数分类方法来介绍测量仪表。 2. 测量仪表的构成
测量仪表种类多、类型复杂、结构各异，但都担负着共同的任务：测量出被测参数的值。所以，它们在构成上就有明显的共性。它们大致都由测量元件（传感器）部分、和显示部分中间传送部分（包括变换成其他信号）构成。个部分之间的关系如下图所示。
被测参数→ 测量部分 →中间传送部分→ 显示部分→测量值
在实际应用中，有的仪表，如弹簧管压力表把这三部分组装在一起，也有的则把这三部分分别制成各自独立的仪表，如热电阻温度计。在这种情况下，人们有习惯于把传感器部分叫做一次仪表，把显示部分叫做二次仪表。 3. 测量误差
我们进行测量的目的，是希望正确的反映客观实际，也就是要测量工艺参数的真实值。也就是说，测量值与真实值之间始终存在至一定差值，这一差值就是测量误差。既然在测量过程中存在着测量误差，所以在使用测量仪表对生产过程中的工艺参数进行测量时，不仅需要知道仪表的指示值，而且还应知道测量仪表的指示值的准确程度，即所得到的测量值接近真实值的准确程度。任何测量仪表都不能绝对准确地测量到被测参数的真实值，只能力求使测量值接近真实值。在实际应用中，往往是利用准确度较高的标准仪表指示值来作为被测参数的真实值，而测量仪表的指示值与标准仪表的指示值之差就是测量误差。该误差越小，说明测量仪表的可靠性越高
在污水处理厂的实际应用中，对某种仪表的准确度要求应根据工艺操作的实际情况和该参数对整个工艺过程的影响程度、误差允许范围来确定，这样才能保证处理过程的经济性和合理性。
二、 热工测量仪表
1. 压力测量仪表
压力，是污水处理工艺过程中常要测量的参数之一，例如水泵的出口、鼓风机出口压力测量，消化池、沼气柜等容器内压力测量等。
几种在污水处理厂常用的压力测量仪表： 1) 弹簧管式压力表
弹簧管式压力表也是工业上应用最广泛的压力测量仪表，以单圈弹簧管式应用最多。
单圈单簧管是弯成圆弧型的空心管子。它的截面呈扁圆形或椭圆形，罐子封闭的一端为自由端，即位移输出端。管子的另一端则是固定的，作为被测压力的输入端。其结构如下图所示。
2) 压力变送器
生产过程中，常常要求将压力信号传送到另外的地方进行显示或作为控制信号使用。在这种情况下，弹簧压力表就不能满足信号传送的要求。压力变送器就是这种可以将信号远传压力测量仪表。